鹽脅迫下粳稻種子發(fā)芽特性及耐鹽性評價

賀奇 王昕 馬洪文 殷延勃

（寧夏農(nóng)林科學院農(nóng)作物研究所，寧夏永寧750105；第一作者：heqi_1820@126.com；*通訊作者：nxnkyyb@163.com）

水稻是世界上最重要的糧食作物之一，全球大約60%的人口以稻米為主要糧食來源。水稻是一種鹽中度敏感作物，土壤中的鹽分會影響水稻的生長發(fā)育，影響水稻獲得高產(chǎn)[1]。地球環(huán)境的異常變化和人為不合理的灌溉使全球鹽堿地的面積日趨增加，土地鹽堿化是影響水稻生產(chǎn)進一步穩(wěn)定發(fā)展的最大制約因素之一[2]。據(jù)估算，我國受鹽侵害的稻田占到了栽培面積的1/5，并且隨著人口劇增、城市化及工業(yè)化的高速發(fā)展，還有擴大和蔓延的趨勢[3]。因此，篩選和培育耐鹽性強的水稻品種已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要研究方向[4]。

鹽脅迫對水稻的生理生態(tài)特征有著重要的影響[5]，種子萌發(fā)階段極易受到周圍環(huán)境的影響，鹽脅迫是干擾種子萌發(fā)的重要因素[6-7]，植物生長和物種分布決定于種子是否能耐受住萌發(fā)期間的鹽脅迫。寧夏水稻近年來灌溉水資源不足，在土壤鹽分較高的稻區(qū)，經(jīng)常用礦化度較高的溝水補充灌溉水稻，嚴重影響寧夏水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，對現(xiàn)有水稻種質(zhì)資源進行耐鹽性篩選，挖掘水稻本身的耐鹽能力，創(chuàng)制水稻耐鹽新種質(zhì)，改良提升水稻耐鹽性，選育、培育耐鹽水稻品種，可以保證寧夏鹽堿稻作區(qū)糧食安全生產(chǎn)，并且能夠有效改善生態(tài)環(huán)境。

1 材料與方法

1.1 材料及處理方法

試驗在寧夏農(nóng)林科學院農(nóng)作物研究所實驗室進行，以本所選育的11份粳稻新品種（系）2009G-19、京寧7號、京寧10號、寧粳27號、寧粳28號、寧粳43號、寧粳44號、寧粳45號、寧粳46號、寧粳47號、寧粳48號為材料，以寧夏水稻生產(chǎn)上推廣的品種寧粳41號、富源4號為對照。

每個材料均隨機挑選飽滿的50粒種子，置于50℃恒溫箱中高溫處理48 h破休眠，置于墊2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每處理設(shè)3次重復，室溫中進行發(fā)芽試驗，分別加入濃度為0（蒸餾水，對照）、50、100、150、200和250 mmol/L的NaCl溶液10 mL進行浸種處理，每天更換相應的鹽溶液以保證穩(wěn)定的NaCl濃度，4 d后調(diào)查種子發(fā)芽率（發(fā)芽率=發(fā)芽終期發(fā)芽粒數(shù)/供試種子數(shù)×100%），7 d后（發(fā)芽終止）調(diào)查發(fā)芽率并測定芽長、主根長和根數(shù)，每重復隨機取10粒測量。相對鹽害率（%）=（對照發(fā)芽率-處理發(fā)芽率）/對照發(fā)芽率×100%。以250 mmol/L單鹽NaCl溶液處理的種子發(fā)芽率為標準，級別劃分見表1。

1.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進行計算，用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件對獲得的數(shù)據(jù)進行方差分析、多重比較。

表1 相對鹽害率分級標準

圖1 不同鹽濃度和不同發(fā)芽時間下參試品種（系）的平均發(fā)芽率和相對鹽害率

圖2 參試品種在250 mmol/L鹽濃度下發(fā)芽7 d的發(fā)芽率和相對鹽害率

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽濃度對水稻發(fā)芽率的影響

由圖1、表2、表3可知，參試水稻品種（系）在鹽濃度溶液處理下，隨著鹽溶液梯度升高，發(fā)芽率總體表現(xiàn)出下降趨勢，但在鹽濃度為50 mmol/L和100 mmol/L時，部分水稻品種的發(fā)芽率要高于對照。鹽脅迫對水稻種子發(fā)芽前期有明顯的抑制作用，在發(fā)芽第4 d，鹽濃度為50、100、150、200、250 mmol/L時，平均發(fā)芽率較對照分別下降13.0%、27.7%、50.0%、69.4%和85.8%。在發(fā)芽7 d，鹽濃度為250 mmol/L時對發(fā)芽有顯著的抑制作用，平均發(fā)芽率下降44.8%；而鹽濃度為50 mmol/L時平均發(fā)芽率相比對照只降低0.9%，其中，有5個品種（系）京寧7號、寧粳28號、寧粳43號、寧粳45號、寧粳48號的發(fā)芽率要高于對照，2009G-19的發(fā)芽率與對照相同；100 mmol/L鹽濃度處理的平均發(fā)芽率相比對照降低了10.1%，150 mmol/L鹽濃度處理的平均發(fā)芽率相比對照降低了22.5%，200 mmol/L鹽濃度處理的平均發(fā)芽率相比對照也只降低了34.2%。說明水稻種子發(fā)芽在前期受鹽脅迫的影響明顯，但隨著發(fā)芽過程的推進，脅迫得到一定程度的緩解，低濃度處理對發(fā)芽影響不顯著，部分甚至還表現(xiàn)出促進發(fā)芽的作用，高濃度處理對發(fā)芽影響顯著。

2.2 不同鹽濃度對水稻發(fā)芽時間的影響

隨著溶液鹽濃度增加，參試品種開始發(fā)芽的時間逐漸推遲，發(fā)芽過程延長，發(fā)芽率降低。由圖2、表2、表3可知，不同水稻品種間發(fā)芽時間的差異較明顯，當鹽濃度為50 mmol/L時，發(fā)芽4 d總發(fā)芽數(shù)達到80.0%的品種為寧粳28號（85.7%）、寧粳46號（81.7%）和寧粳27號（81.3%），達到70.0%以上的品種有10個；7 d后最終發(fā)芽率達到80.0%以上的品種有12個，占參試品種總數(shù)的92.3%；發(fā)芽率達90.0%的品種有10個；100 mmol/L鹽濃度時，發(fā)芽4 d達到總發(fā)芽數(shù)60.0%以上的品種有12個，7 d后最終發(fā)芽率達到80.0%以上的品種為10個，占76.9%；150 mmol/L鹽濃度時，7 d后發(fā)芽率達到80.0%以上的品種只有京寧7號和寧粳28號2個，發(fā)芽率達60.0%的品種為10個，占76.9%；200 mmol/L鹽濃度時，7 d后發(fā)芽率達到80.0%以上的品種只有京寧7號，發(fā)芽率達60.0%的品種為9個，占69.2%；250 mmol/L鹽濃度時，7 d后發(fā)芽率達到60.0%以上的品種為京寧7號、寧粳28號和寧粳45號，占23.1%。分析發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度的增加，發(fā)芽快而且整齊的水稻品種為京寧7號和寧粳28號，這2個品種表現(xiàn)出極強的芽期耐鹽性，相對鹽害率較低。寧粳45號、寧粳48號、寧粳41號、寧粳43號和富源4號的芽期耐鹽性較強，其余品種芽期耐鹽性則表現(xiàn)較差。

2.3 不同鹽濃度對幼根與芽的影響

由表4可知，低濃度鹽脅迫對發(fā)芽具有一定刺激作用。當鹽濃度為50 mmol/L時，有8個品種（系）的芽長大于對照，平均比對照長0.32 cm；有10個品種（系）的主根長大于對照，平均比對照長0.91 cm；根數(shù)也有7個品種（系）大于對照，比對照平均略多0.14根。當鹽濃度為100 mmol/L時，有6個品種（系）的芽長比對照略長，平均長0.03 cm；而有10個品種（系）的根長大于對照，平均長0.91 cm；根數(shù)全部少于對照，平均減少2.81條。當鹽濃度為150 mmol/L時，有13個水稻品種（系）的芽長和根數(shù)平均減少1.42 cm和5.61條，根數(shù)減少明顯。當鹽濃度為200 mmol/L和250 mmol/L時，參試水稻品種（系）的芽長、根長和根數(shù)都顯著下降，當鹽濃度為250 mmol/L時，參試品種（系）的芽長、主根長和根數(shù)均與對照差異顯著，降幅分別為86.2%、86.6%和83.8%。結(jié)果表明，鹽脅迫對參試水稻品種（系）的主根長和芽長干擾較大，同時對根數(shù)也具有較強的抑制作用，但是根長、芽長、根數(shù)的變化規(guī)律不同，在低濃度下數(shù)值高于對照，隨著濃度的升高呈先增后降的趨勢，在高濃度時數(shù)值低于對照。

表2 不同鹽濃度下4 d水稻種子的發(fā)芽率和相對鹽害率（%）

表3 不同鹽濃度下7 d水稻種子的發(fā)芽率和相對鹽害率（%）

3 結(jié)論與討論

3.1 鹽脅迫對水稻種子發(fā)芽率的影響

種子萌發(fā)是植物生命周期的關(guān)鍵因子，對植物種子萌發(fā)特征的生理測定比任何生化指標更能反映植物種子萌發(fā)的全貌[8]。發(fā)芽率是評價種子發(fā)芽的直接常用指標，反映了種子發(fā)芽速度的潛勢[9-10]，能夠鑒定出品種耐鹽特性。本研究結(jié)果表明，水稻種子發(fā)芽前期（1～4 d）受鹽脅迫抑制作用強烈，隨著鹽濃度的升高，發(fā)芽率下降趨勢明顯；當發(fā)芽終止后（第7 d），250 mmol/L鹽溶液對發(fā)芽具有較強的抑制作用，50 mmol/L鹽溶液對發(fā)芽的抑制作用明顯減弱，甚至對部分品種還有促進發(fā)芽的現(xiàn)象，關(guān)于低濃度NaCl促進種子萌發(fā)也有報道[11-12]，發(fā)芽初期鹽脅迫與中后期反應不一致與郭望模等[13]的研究結(jié)果相同，這表明強耐鹽水稻品種在低鹽濃度脅迫下的耐鹽機理可能與一般水稻品種存在差異性。

寧夏灌區(qū)44.1萬hm2耕地中鹽漬化耕地面積達14.8萬hm2，占灌區(qū)耕地總面積的33.5%，這些土壤含鹽較高區(qū)域只能進行水稻直播栽培，直播對水稻品種發(fā)芽期耐鹽性提出了很高的要求，因此，對參試水稻品種進行發(fā)芽期耐鹽性鑒定就顯得尤為重要。鹽脅迫對水稻品種發(fā)芽的影響存在一定差異，相對鹽害率可以反映鹽脅迫條件下受鹽害的程度，試驗過程中，發(fā)芽快而且整齊的水稻品種為京寧7號和寧粳28號，這2個品種表現(xiàn)出極強的芽期耐鹽性，相對鹽害率較低。寧粳45號、寧粳48號、寧粳41號、寧粳43號和富源4號的芽期耐鹽性較強，其余品種芽期則對鹽較敏感，易受到鹽脅迫傷害，相對鹽害率大。

表4 不同鹽濃度下水稻種子的芽長、主根長、根數(shù)

3.2 鹽脅迫對水稻種子幼根與芽的影響

水稻耐鹽性是十分復雜的生理遺傳性狀，目前對水稻耐鹽性的評價主要通過表型指標和生理生化指標進行判斷[14]。本研究結(jié)果表明，參試水稻品種發(fā)芽期受到鹽脅迫時，當鹽濃度升高，水稻的芽長、根長及根數(shù)均呈明顯下降趨勢，各鹽濃度處理間差異明顯，這與前人研究結(jié)果一致[15-17]，不同濃度鹽溶液對水稻品種根長、芽長的脅迫作用要大于根數(shù)[18]。參試品種間的根長、芽長和根數(shù)3個表型性狀存在較大差異，各性狀指標并不隨鹽濃度的增加而呈規(guī)律性的變化，在較低鹽濃度（50 mmol/L）溶液下，部分水稻品種耐鹽指標出現(xiàn)促進現(xiàn)象，3個性狀對鹽脅迫的敏感反應大小順序為主根長＞芽長＞根數(shù)。水稻不同組織對鹽脅迫產(chǎn)生不同的反應，這可能由于水稻不同組織對外界脅迫信號的感受轉(zhuǎn)導調(diào)控可能存在不同分子機制，發(fā)生一系列生理生化反應，進而導致生理代謝水平上的差異，因此在表型值上表現(xiàn)出不同程度的耐鹽性[19]。

本研究結(jié)果還表明，不同濃度鹽脅迫下品種的耐鹽性與品種之間的差異有關(guān)。通過對不同鹽脅迫下水稻幼苗的一些形態(tài)指標分析，2個強耐鹽品種即寧粳48號和富源4號在輕鹽脅迫濃度為50 mmol/L下表現(xiàn)為根數(shù)增加、主根長縮短的應激反應，在鹽濃度為100 mmol/L下表現(xiàn)為主根明顯變長的不同反應，耐鹽水稻根部性狀對不同鹽濃度脅迫的應激反應存在較大的差異，可能是參試水稻品種根系在鹽脅迫下最早感知逆境脅迫信號，從而產(chǎn)生一系列相應的適應性生理反應[20]，導致水稻生長發(fā)育受到影響。

3.3 水稻品種發(fā)芽期的耐鹽性綜合評價

綜上分析可知，鹽溶液濃度在250 mmol/L時，各品種之間的發(fā)芽率和相對鹽害率的差異明顯。因此，以250 mmol/L鹽濃度作為劃分耐鹽級別的適宜濃度，將參試品種劃分為5個耐鹽等級，其中京寧7號和寧粳28號為1級（極強耐鹽），寧粳43號、寧粳45號、寧粳48號和寧粳41號為3級（強耐鹽），2009G-19和寧粳47號為5級（中等耐鹽），京寧10號、寧粳27號、寧粳44號、寧粳46號為7級（弱耐鹽）。京寧7號、寧粳28號、寧粳43號、寧粳45號、寧粳48號和寧粳41號可用于一定鹽濃度脅迫下的田間生產(chǎn)。但是，本研究只在實驗室基礎(chǔ)上對這些品種發(fā)芽特性進行了研究，對于其耐鹽脅迫特性的生理機制、在鹽漬化土壤直播中發(fā)芽能力及田間抗鹽性等還需要進一步的探討。

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